CN114812689A - 用于元宇宙交互的多功能柔性电子皮肤、制备方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于元宇宙交互的多功能柔性电子皮肤、制备方法及应用，多功能柔性电子皮肤自下而上依次设置有柔性基底、温度传感器、下电磁绝缘膜、压力传感器、上电磁绝缘膜以及叉指电极传感器。多功能柔性电子皮肤设置在机器手的机器手指的表面；机器手抓取物体，多功能柔性电子皮肤接触物体产生电信号，电信号通过数据采集电路传输至用户终端；用户终端通过人工智能算法建立元宇宙交互的互信机制，分析并识别物体，调整机器手抓取物体。本发明通过多功能柔性电子皮肤上设置有多种类传感器，有助于提高感知能力和感知种类，有助于提高获取物体感知信息的时效性。通过多功能柔性电子皮肤与用户终端的配合，有助于进行物体的抓取与监测。
Description
技术领域
本发明涉及元宇宙技术领域，具体地，涉及一种用于元宇宙交互的多功能柔性电子皮肤、制备方法及应用。
背景技术
元宇宙是与现实世界映射与交互的虚拟世界，是基于扩展现实技术提供沉浸式体验，基于数字孪生技术生成现实世界的镜像，基于区块链技术搭建经济体系，是将虚拟世界与现实世界在经济***、社交***、身份***上密切融合，整合多种新技术而产生的新型虚实相融的新型社会体系的数字生活空间。专利CN202111132313.9公开了一种Metaverse元宇宙数字化管理方法，以现有的实体组织为基础，以预案衍生的虚拟组织为辅助，建立新一代管理机构，支撑现有的管理技术升级，将实现社会一体化的同步。专利CN202111400782.4公开了一种AR元宇宙去中心化医疗社区诊断***，基于区块链网络构建患者终端和医生终端，患者终端和医生终端均具备可在虚拟和现实之间产生联系的功能。物联网技术是元宇宙概念里的支撑技术之一，是连接万物互联、虚实共生的桥梁和纽带，那么传感器则是维系这个桥梁和纽带不可或缺的智能硬件。如果说进入元宇宙需要一个入口，那么这个入口一定是传感器提供的。现实世界与元宇宙的连接点就需要传感器来实现。无论是虚拟现实还是增强现实，都离不开传感技术特别是柔性传感技术的支撑。
柔性智能传感器产品能够提供虚拟交互体验的数据链接服务，是原始数据采集不可或缺的技术，可应用于多种虚拟现实场景，例如：触觉的力度感知与反馈，空间定位、动作、运动状态等识别与反馈，以及穿戴设备的人体运动健康识别与反馈，建立虚拟人物的真实性等方面，并且还可以为VR、AR等人机交互技术领域的触觉设备，例如触觉手套等产品实现触感体验提供相关的技术支持。
现有公开号为CN113739962A的中国专利，其公开了一种多机制融合电子皮肤及其制备方法，包括人造革和导电弹性材料层，人造革位于导电弹性材料层正上方；人造革的上表面印刷有第一电极，人造革的下表面设置第二电极，导电弹性材料层的下表面印刷有第三电极；外界物体作为一个电极靠近第一电极时，发生电容耦合，从而产生电容感应，为传感器的接近觉感应模式；第一电极、人造革和第二电极构成一个电容器，当受到按压变形时，第一电极和第二电极之间的电容量会发生变化，为传感器的轻触觉感应模式；当外界压力继续增大时，第二电极被挤压使得导电弹性材料层压缩，接触电阻和导电弹性材料层电阻发生变化，第二电极与第三电极之间的电阻值发生变化，为传感器的压阻式压力感应模式。
现有公开号为CN113639767B的中国专利，其公开了一种智能电子皮肤识别目标的方法包括：配置待识别目标在智能电子皮肤上检测区域时所述智能电子皮肤中各敏感元件的可调常数，以获得待识别目标的标准值，所述可调常数至少包括介电常数、电阻率、电导率以及形变系数中的一个，所述标准值至少包括标准电容值、标准电阻值以及标准电流值中的一个；获得对象与所述智能电子皮肤配合时，所述智能电子皮肤检测得到的测试值，该测试值包括测试电容值、测试电阻值或测试电流值；以及根据所述标准值和测试值的比对结果，确定所述对象是否为待识别目标以及确定待识别目标对应的位置。
发明人认为现有技术中的电子皮肤传感器的多功能特性还有待提高，尤其是用于元宇宙交互的柔性电子皮肤，如果功能单一，则让用户的体验感会变差，只有构建多功能的柔性电子皮肤才能增强假肢的元宇宙交互能力。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种用于元宇宙交互的多功能柔性电子皮肤、制备方法及应用。
根据本发明提供的一种用于元宇宙交互的多功能柔性电子皮肤,包括多功能柔性电子皮肤，所述多功能柔性电子皮肤自下而上依次设置有柔性基底、温度传感器、下电磁绝缘膜、压力传感器、上电磁绝缘膜以及叉指电极传感器。
优选地，所述柔性基底、所述温度传感器、所述下电磁绝缘膜、所述压力传感器、所述上电磁绝缘膜以及所述叉指电极传感器均包括柔性材料；所述柔性基底包括PI膜、PET膜、PDMS膜；所述温度传感器包括由铜浆或银浆制备的温度感应电阻导线；所述压力传感器包括电容式压力传感器、电阻式压力传感器、压电式压力传感器；所述下电磁绝缘膜和所述上电磁绝缘膜均包括PI膜；所述叉指电极传感器包括金属电极。
根据本发明提供的一种用于元宇宙交互的多功能柔性电子皮肤的制备方法，所述制备方法包括下列步骤：
S1：在所述柔性基底上制备所述温度传感器层；
S2：在所述温度传感器层上制备所述下电磁绝缘膜；
S3：在所述下电磁绝缘膜上制备所述压力传感器；
S4：在所述压力传感器上制备所述上电磁绝缘膜；
S5：在所述上电磁绝缘膜上制备所述叉指电极传感器。
根据本发明提供的一种用于元宇宙交互的多功能柔性电子皮肤的应用，其特征在于，包括所述多功能柔性电子皮肤、机器手、物体、用户终端以及数据采集电路；所述多功能柔性电子皮肤设置在所述机器手的机器手指的表面；所述机器手抓取所述物体，所述多功能柔性电子皮肤接触所述物体产生电信号，所述电信号通过所述数据采集电路传输至所述用户终端；所述用户终端通过人工智能算法建立元宇宙交互的互信机制，分析并识别所述物体，调整所述机器手抓取所述物体。
优选地，所述多功能柔性电子皮肤贴附在所述机器手指的表面。
优选地，所述多功能柔性电子皮肤的尺寸根据所述机器手指面的大小制作。
优选地，所述多功能柔性电子皮肤贴附在所述机器手接触所述物体的任一面上。
优选地，所述多功能柔性电子皮肤能够沿横向方向构建大面积阵列式传感器单元。
优选地，所述数据采集电路包括柔性电路板、电子元器件、蓝牙通信模块以及充电电池，所述数据采集电路通过蓝牙或者无线网模块将所述电信号传输给所述用户终端。
优选地，所述柔性电路板设置在所述机器手的手背内部；
所述温度传感器、所述压力传感器以及所述叉指电极传感器分别通过独立导线经过所述机器手的内部连接至所述柔性电路板。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明通过多功能柔性电子皮肤上设置有多种类传感器，且多功能柔性电子皮肤使用柔性材料，有助于提高感知能力和感知种类，有助于提高获取物体感知信息的时效性。
2、本发明通过多功能柔性电子皮肤贴附在机器手指表面，通过多功能柔性电子皮肤与用户终端的配合，有助于解析当前抓取物体信息，有助于调整抓取策略进行柔顺抓取物体，从而有助于进行物体的抓取与监测。
3、本发明通过采用柔性电路板，与多功能柔性电子皮肤接口完美匹配，有助于提高多功能柔性电子皮肤的感知精准度，从而有助于用户进行实时数据分析。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明主要体现用于元宇宙交互的多功能柔性电子皮肤整体结构的***图；
图2为本发明主要体现用于元宇宙交互的多功能柔性电子皮肤整体结构的示意图；
图3为本发明主要体现用于元宇宙交互的多功能柔性电子皮肤的应用的整体结构示意图。
图中所示：
多功能柔性电子皮肤1 柔性基底11 温度传感器12
下电磁绝缘膜13 压力传感器14 上电磁绝缘膜15
叉指电极传感器16 机器手2 机器手指21
物体3 用户终端4 数据采集电路5
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
如图1和2所示，根据本发明提供的一种用于元宇宙交互的多功能柔性电子皮肤，包括多功能柔性电子皮肤1，多功能柔性电子皮肤1自下而上依次设置有柔性基底11、温度传感器12、下电磁绝缘膜13、压力传感器14、上电磁绝缘膜15以及叉指电极传感器16。
多功能柔性电子皮肤1上设置有多种类传感器，能够同时感应接触物体的多重特性。多重特性包括物体介电特性、接触物体力、接触物体温度等。现有的柔性传感器感知功能单一，同时获取物体感知信息时效性差。多功能柔性电子皮肤1感知功能丰富，同时能够时刻感知获取物体信息，大大提高了时效性。
柔性基底11、温度传感器12、下电磁绝缘膜13、压力传感器14、上电磁绝缘膜15以及叉指电极传感器16均包括柔性材料。柔性基底11包括PI膜、PET膜、PDMS膜。温度传感器12包括由铜浆或银浆制备的温度感应电阻导线。压力传感器14包括电容式压力传感器、电阻式压力传感器、压电式压力传感器。下电磁绝缘膜13和上电磁绝缘膜15均包括PI膜。叉指电极传感器16包括金属电极。
实施例2
根据本发明提供的一种基于实施例1的用于元宇宙交互的多功能柔性电子皮肤的制备方法，制备方法包括下列步骤：
S1：在柔性基底11上制备温度传感器12层；
S2：在温度传感器12层上制备下电磁绝缘膜13；
S3：在下电磁绝缘膜13上制备压力传感器14；
S4：在压力传感器14上制备上电磁绝缘膜15；
S5：在上电磁绝缘膜15上制备叉指电极传感器16。
实施例3
如图3所示，根据本发明提供的一种基于实施例1的用于元宇宙交互的多功能柔性电子皮肤的应用，包括多功能柔性电子皮肤1、机器手2、物体3、用户终端4以及数据采集电路5；多功能柔性电子皮肤1设置在机器手2的机器手指21的表面，机器人2抓取物体3，多功能柔性电子皮肤1接触物体3产生电信号，电信号通过数据采集电路5传输至用户终端4。用户终端4用于建立元宇宙交互的互信机制，分析并识别物体3，调整机器人2抓取物体3。
多功能柔性电子皮肤1可贴附在机器手指21的表面，结合用户终端4构建元宇宙交互的多功能柔性电子皮肤***。机器手指21集成多功能柔性传感器感知物体特性，用户终端4构建交互机制。用户终端4集成人工智能算法，训练抓取物体3样本，建立元宇宙交互的互信机制，构建虚拟物体，然后基于数据库虚拟物体样本，分析当前测试物体3特性，识别当前物体3，根据抓取物体信息调整抓取策略，形成闭环控制。
多功能柔性电子皮肤1贴附在机器手指21的表面。多功能柔性电子皮肤1的尺寸根据机器手指21面的大小制作。多功能柔性电子皮肤1能够同时感应接触物体3的多重特性有物体介电特性、接触物体力、接触物体温度等。贴附在机器手指21上进行接触物体3，还可解析多种物理参数，如物质软硬度，物体形貌，通过解析参数分析，结合人工智能算法可控制机器手指21进行柔顺抓取物体。
进一步的，多功能柔性电子皮肤1还可以贴附在机器手2接触物体3的任一面上。多功能柔性电子皮肤1能够沿横向方向构建大面积阵列式传感器单元。
数据采集电路5包括柔性电路板、电子元器件、蓝牙通信模块以及充电电池，数据采集电路5通过蓝牙或者无线网模块传输给用户终端4。柔性电路板设置在机器手2的手背内部，温度传感器12、压力传感器14以及叉指电极传感器16分别通过独立导线经过机器手2的内部连接至柔性电路板。数据采集电路5采用柔性电路板，与多功能柔性电子皮肤1接口完美匹配，柔性电路还可通过蓝牙或者无线模块传送监测数据给用户终端4，便于用户进行实时数据分析。
现有的柔性传感器感知功能单一，同时获取物体感知信息时效性差，元宇宙交互的多功能柔性电子皮肤1具有同时感知物体多种特性功能，可贴附在机器手指21表面进行物体3的抓取与监测。用户终端4集成人工智能算法，能够解析当前抓取物体3信息，调整抓取策略进行柔顺抓取物体。
基于上述实施例1、2以及3，本申请通过以下具体数据及方法具体说明。
多功能柔性电子皮肤1的制作顺序由下往上，首先在8ⅹ8平方毫米的柔性PI基底11上通过3D打印设备制作铜浆电阻为100欧姆的温度传感器12层，其次在温度传感器12层上还是通过3D打印设备制作下电磁绝缘PI膜13，在下电磁绝缘PI膜13上制备电阻为100k欧姆的电阻式压力传感器14，然后在电阻式压力传感器14上制备上电磁绝缘PI膜15，最后在上电磁绝缘膜15上制备叉指电极传感器16。其中每个传感器都是独立引线接数据采集电路5，数据采集电路5采用柔性电路板制作。多功能柔性电子皮肤1贴附在机器手指21上，柔性电路板在机器手2手背内部，导线从手指连入手背内部。数据采集电路5由柔性电路板、集成电子元器件、蓝牙通信模块以及充电电池组成。电路将各个传感器产生的电信号变化转化成数据信息，然后通过蓝牙或者无线网模块传输给用户终端4。用户终端4集成人工智能算法，可训练抓取物体3样本，建立元宇宙交互的互信机制，构建虚拟物体，然后基于数据库虚拟物体样本，分析当前测试物体3特性，识别当前物体3，根据抓取物体3信息调整抓取策略。
工作原理
多功能柔性电子皮肤1，多功能柔性电子皮肤1自下而上依次设置有柔性基底11、温度传感器12、下电磁绝缘膜13、压力传感器14、上电磁绝缘膜15以及叉指电极传感器16。多功能柔性电子皮肤1贴附在机器手指21上，柔性电路板在机器手2手背内部，导线从手指连入手背内部。数据采集电路5由柔性电路板、集成电子元器件、蓝牙通信模块以及充电电池组成。电路将各个传感器产生的电信号变化转化成数据信息，然后通过蓝牙或者无线网模块传输给用户终端4。用户终端4集成人工智能算法，可训练抓取物体3样本，建立元宇宙交互的互信机制，构建虚拟物体，然后基于数据库虚拟物体样本，分析当前测试物体3特性，识别当前物体3，根据抓取物体3信息调整抓取策略。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
Claims (10)
1.一种用于元宇宙交互的多功能柔性电子皮肤，其特征在于，包括：多功能柔性电子皮肤(1)，所述多功能柔性电子皮肤(1)自下而上依次设置有柔性基底(11)、温度传感器(12)、下电磁绝缘膜(13)、压力传感器(14)、上电磁绝缘膜(15)以及叉指电极传感器(16)。
2.如权利要求1所述的用于元宇宙交互的多功能柔性电子皮肤，其特征在于，所述柔性基底(11)、所述温度传感器(12)、所述下电磁绝缘膜(13)、所述压力传感器(14)、所述上电磁绝缘膜(15)以及所述叉指电极传感器(16)均包括柔性材料；
所述柔性基底(11)包括PI膜、PET膜、PDMS膜；
所述温度传感器(12)包括由铜浆或银浆制备的温度感应电阻导线；
所述压力传感器(14)包括电容式压力传感器、电阻式压力传感器、压电式压力传感器；
所述下电磁绝缘膜(13)和所述上电磁绝缘膜(15)均包括PI膜；
所述叉指电极传感器(16)包括金属电极。
3.一种权利要求1或2所述的用于元宇宙交互的多功能柔性电子皮肤的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括下列步骤：
S1：在所述柔性基底(11)上制备所述温度传感器(12)层；
S2：在所述温度传感器(12)层上制备所述下电磁绝缘膜(13)；
S3：在所述下电磁绝缘膜(13)上制备所述压力传感器(14)；
S4：在所述压力传感器(14)上制备所述上电磁绝缘膜(15)；
S5：在所述上电磁绝缘膜(15)上制备所述叉指电极传感器(16)。
4.一种权利要求1或2所述的用于元宇宙交互的多功能柔性电子皮肤的应用，其特征在于，包括所述多功能柔性电子皮肤(1)、机器手(2)、物体(3)、用户终端(4)以及数据采集电路(5)；
所述多功能柔性电子皮肤(1)设置在所述机器手(2)的机器手指(21)的表面；
所述机器手(2)抓取所述物体(3)，所述多功能柔性电子皮肤(1)接触所述物体(3)产生电信号，所述电信号通过所述数据采集电路(5)传输至所述用户终端(4)；
所述用户终端(4)通过人工智能算法建立元宇宙交互的互信机制，分析并识别所述物体(3)，调整所述机器手(2)抓取所述物体(3)。
5.如权利要求4所述的用于元宇宙交互的多功能柔性电子皮肤的应用，其特征在于，所述多功能柔性电子皮肤(1)贴附在所述机器手指(21)的表面。
6.如权利要求4所述的用于元宇宙交互的多功能柔性电子皮肤的应用，其特征在于，所述多功能柔性电子皮肤(1)的尺寸根据所述机器手指(21)面的大小制作。
7.如权利要求4所述的用于元宇宙交互的多功能柔性电子皮肤的应用，其特征在于，所述多功能柔性电子皮肤(1)贴附在所述机器手(2)接触所述物体(3)的任一面上。
8.如权利要求4所述的用于元宇宙交互的多功能柔性电子皮肤的应用，其特征在于，所述多功能柔性电子皮肤(1)能够沿横向方向构建大面积阵列式传感器单元。
9.如权利要求4所述的用于元宇宙交互的多功能柔性电子皮肤的应用，其特征在于，所述数据采集电路(5)包括柔性电路板、电子元器件、蓝牙通信模块以及充电电池，所述数据采集电路(5)通过蓝牙或者无线网模块将所述电信号传输给所述用户终端(4)。
10.如权利要求9所述的用于元宇宙交互的多功能柔性电子皮肤的应用，其特征在于，所述柔性电路板设置在所述机器手(2)的手背内部；
所述温度传感器(12)、所述压力传感器(14)以及所述叉指电极传感器(16)分别通过独立导线经过所述机器手(2)的内部连接至所述柔性电路板。
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Cited By (1)
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2022
- 2022-05-20 CN CN202210552180.9A patent/CN114812689A/zh active Pending
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